Quando pensiamo ad un alimentatore elettrico, si possono avere le idee confuse. La parola stessa mette in luce lo scopo per cui esiste: alimentare qualcosa. Detto in poche parole, un alimentatore ha il preciso compito di fornire energia elettrica ad apparecchiature, modificando quando necessario i livelli di tensione e corrente. Pensate ad un elettrodomestico come il computer, necessita un alimentatore per il suo corretto funzionamento. Inizieremo con un piccolo paragrafo sugli elettrodomestici, utile per apprezzare appieno il funzionamento di un alimentatore.
Non preoccupatevi se non avete alcuna esperienza in merito. Inlinestyle spiega il funzionamento della tecnologia e dell’informatica con un registro semplice, chiaro e pieno di curiosi aneddoti. Bene, iniziamo con un curioso accenno sugli elettrodomestici.
Gli elettrodomestici
Gli elettrodomestici sono apparecchiature alimentate a energia elettrica, il cui impiego è domestico. Esistono diverse categorie di elettrodomestici:
- Bianchi: sono gli elettrodomestici di grandi dimensioni, come lavastoviglie, frigorifero, condizionatore, lavatrice e congelatore.
- Bruni: sono essenzialmente le apparecchiature elettroniche di ogni tipo, come radio, computer, telefono, cellulare e televisore.
- Piccoli: elettrodomestici di piccole dimensioni, come frullatore, friggitrice, ventilatore ecc.
Potremmo dire che l’alimentatore è il sistema nervoso centrale degli elettrodomestici. Fornisce l’energia elettrica necessaria al loro corretto funzionamento, convertendo la corrente da alternata a continua, modificando e regolando i livelli di corrente e tensione. Senza un alimentatore, un elettrodomestico non riceverebbe la distribuzione continua di energia elettrica. E senza corrente elettrica, gli elettrodomestici rimangono solo oggetti di arredamento senza vita.
Oggi noi lo diamo per scontato ma parecchi oggetti oggigiorno utili preesistevano all’elettrificazione. Ad esempio la lavatrice azionata a mano o l’aspirapolvere a soffietto. Per la pulizia dei treni agli inizi del ‘900 si soffiava su degli apparecchi. Immaginate i polmoni di questi poveri disgraziati a fine giornata, quale seccatura doveva essere! Insomma, per il loro funzionamento necessitavano dell’energia fisica umana o animale. Gli elettrodomestici hanno rivoluzionato la società in cui viviamo. E gli alimentatori elettrici, questi componenti che passano spesso in sordina, in questo articolo avranno l’omaggio che meritano.
Iniziamo a spiegare come funziona un alimentatore. Si entra nel cuore di un alimentatore.
Alimentatore Statico e Variabile
Iniziamo col dire che esistono due tipi di alimentatore: statico (1) e variabile (2).
L’alimentatore statico produce per l’elettrodomestico una tensione e una corrente in uscita sempre uguale.
L’alimentatore variabile, invece, fornisce corrente elettrica manipolando i valori di tensione e corrente in uscita.
Un alimentatore stabilizzato è in grado di distribuire una tensione di alimentazione sia fissa e sia variabile. Tutte le apparecchiature elettroniche oggi in uso necessitano per forza di un’alimentazione in corrente continua. È come il nostro cervello che necessita di sangue: senza l’afflusso perpetuo di sangue, smette in pochissimo tempo di operare. La corrente elettrica viene filtrata e stabilizzata dall’alimentatore stabilizzato. È un adattatore in grado di erogare una tensione di alimentazione continua fissa o variabile a fronte di una corrente di alimentazione alternata in ingresso. Esso è costituito da un trasformatore di rete che ha lo scopo di trasformare un valore di tensione di alimentazione in ingresso di 220V in valori dell’ordine dei 9V e da altri importanti componenti come il ponte raddrizzatore, la serie di diodi e lo stabilizzatore.
Funzionamento di un alimentatore
In un computer fisso l’alimentatore è fondamentale. Deve erogare e filtrare corrente elettrica continua in tutti i componenti interni del PC. L’alimentatore converte l’alimentazione a Corrente Alternata (AC) proveniente da una presa a muro in alimentazione a Corrente Continua (DC) con una tensione inferiore. In sostanza l’alimentatore è la fonte energetica del computer, senza non potrebbe funzionare. Nel gergo informatico viene chiamato PSU, ovvero Unità di Alimentazione. Una PSU sbagliata potrebbe costarvi caro. Come regola generale, è preferibile selezionare una potenza superiore alle vostre effettive esigenze. Se ad esempio il vostro sistema assorbirà 500 W, è meglio comprare una PSU di 650 W, che offre dunque un margine di sicurezza. Infatti anche se il vostro computer è dotato di una PSU da 650 W, non significa che consumerà 650, ma sempre quei 500 W. Una PSU semi-modulare ha solo un cavo fisso relativo all’alimentazione principale, i restanti alloggi saranno componibili, cioè da utilizzare in base alle nostre esigenze energetiche.
Telecamere e antenne TV usano altresì alimentatori stabilizzati. Sono apparecchi che necessitano di corrente elettrica continua e filtrata.
L’alimentatore switching
Detto anche alimentatore a commutazione, è un dispositivo di alimentazione elettronico che converte l’energia elettrica da una tensione all’altra in maniera efficiente. Gran parte degli alimentatori switching converte una tensione più alta in una più bassa. Vengono impiegati soprattutto per gli elettrodomestici di dimensioni compatte, i cosiddetti bruni e piccoli. Si trovano negli adattatori per ricarica cellulare o per la ricarica di un laptop. Un alimentatore switching è dotato di un circuito complesso, il quale contiene al suo interno un insieme di sottocircuiti di potenza per convertire in modo efficiente la potenza da una tensione all’altra.
Il circuito presentato dall’immagine è formato da:
- Stadio di ingresso
- Fase di commutazione
- Stadio di uscita
- Circuito di controllo
Tutto inizia dallo stadio di ingresso. Ad esempio, questa fase può convertire 110 V CA in 110 V CC (1). Poi è il turno dell’interruttore ad alta frequenza. Un segnale PWM accende e spegne rapidamente il MOSFET per fungere da interruttore. Questo converte la tensione CC livellata dallo stadio di ingresso in un’onda quadra ad alta frequenza (2). Si arriva allo stadio di uscita: questo è lo stadio finale del circuito e fornisce la potenza al carico collegato (3). Il circuito di controllo serve a controllare il flusso di corrente, aumentando o diminuendo il duty cycle del segnale PWM alimentato al transistor (4).
Differenza tra tensione costante (CV) e corrente costante (CC)
Per prima cosa è doveroso definire la differenza tra tensione e corrente, altrimenti possiamo confonderci. Con il termine tensione si indica una differenza di carica elettrica tra due poli differenti di un corpo conduttore. Invece la corrente equivale alla quantità di cariche elettriche che scorrono tra gli stessi punti in un determinato tempo. L’unità di misura della tensione è il Volt.
L’uscita di un alimentatore può funzionare sia in modalità tensione costante che in modalità corrente costante. Qual è la differenza?
L’alimentatore può funzionare a tensione costante (CV) fin a quando il carico non richiede una corrente superiore al limite imposto. In sostanza l’alimentatore a corrente costante (CC) eroga una corrente impostata fissa e una tensione che poi varia in base al carico collegato. L’alimentatore a tensione costante (CV), viceversa, mantiene una tensione costante al variare del flusso di corrente.
Si può usare l’esempio di un bambù con un flusso d’acqua che scorre al suo interno. Nel caso dell’alimentatore a corrente costante, il diametro del flusso d’acqua (tensione) può variare, ma il flusso rimane costante (corrente). Invece con l’alimentatore a tensione costante accade esattamente l’opposto: il flusso d’acqua (corrente) all’interno del bambù cambia, mentre rimarrà costante il diametro del getto (tensione).
Il fenomeno Ripple
In ambito elettrotecnico, il ripple è l’ampiezza del segnale successivo ad un raddrizzamento all’interno dell’alimentatore. All’interno degli alimentatori il Ripple è ridotto dal condensatore di filtro, ma spesso non è sufficiente. Gli effetti indesiderati di tale fenomeno causano problemi agli elettrodomestici. Rappresenta una soluzione economica ma non proprio efficace. Altre soluzioni prevedono l’ausilio di resistori.
LEGGI ANCHE: Cosa sono i Resistori e Come Funzionano
Impiego degli alimentatori
Un alimentatore può essere utilizzato per una miriade di tecnologie, elettrodomestici e non:
- Rasoi elettrici
- Computer
- Notebook
- Fotocamera
- Carica batteria per cellulari, scope elettriche, portatili, iPad
- Tosaerba
- Frullatori
- Aspirapolvere
- Carica pile
- Televisore
- Lavatrice
- Robot da cucina
- Climatizzatore
Essenzialmente l’alimentatore è il cervello pulsante che eroga corrente e tensione elettrica in un dato circuito elettronico. Potrebbe capitare, facendo una ricerca su internet, di imbattersi nel trasformatore, da non confondere con l’alimentatore. Gli alimentatori sono dispositivi che generano una commutazione da un tipo di energia elettrica a un altro. I trasformatori, invece, trasmettono lo stesso tipo di energia tra due o più circuiti. Dunque occhio a non lasciarsi confondere dai due tipi di dispositivi.
Conclusione
Possiamo considerare la nostra l’era della comodità? Assolutamente sì, e in parte è proprio grazie all’alimentatore elettrico. Senza di esso saremmo ancora a soffiare su uno strumento arcaico per pulire i treni! Alberto Angela, in un suo saggio, ha fatto una considerazione interessante in merito: nel corso della storia la tecnologia ha sostituito gli schiavi. Ad esempio le lavatrici hanno sostituito le lavandaie o il frigorifero l’addetto che portava il ghiaccio. Pian piano l’impersonale tecnologia si è fatta carico delle nostre fatiche, che fino a pochi secoli fa davamo per immutabili e assodate. L’alimentatore è un tassello verso il percorso di emancipazione dalle fatiche.
Magari oggi possiamo essere schiavi della tecnologia, di un cellulare, per dire, ma è una nostra scelta. Una volta per ottenere un servizio bisognava faticare, necessariamente.
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